丁酸型发酵生物制氢反应器的运行特性研究

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),利用厌氧活性污泥以糖蜜废水为底物发酵产氢,探讨了丁酸型发酵生物制氢反应器稳定运行的工程控制参数,并运用变性梯度凝胶电泳技术(denaturinggradientgelelectrophoresis,DGGE)对微生物菌群结构稳定性进行了分析.研究表明,在污泥接种量(SS)为15g·L-1、温度为(35±1)℃、容积负荷为40kg·m-3·d-1、水力停留时间(HRT)为4h条件下,可以获得CSTR丁酸型发酵的最大产氢速率2 37m3·(m3·d)-1.此时系统的pH、氧化还原电位(ORP)分别在5 2～5 5、-480～-500mV之间.液相末端发酵产物中乙酸和丁酸、乙醇、丙酸、戊酸的含量分别占挥发酸总含量的70%,20%,7%,6%.气相中的氢气含量在30%～40%之间.根据PCR DGGE指纹图谱显示此时期丁酸型发酵优势菌群在反应器内结构保持稳定.     

沿海滩涂垦殖对土壤氮总转化速率的影响分析

滩涂湿地在吸收、转化和滞留氮、磷等营养元素方面具有重要功能。选取江苏东部沿海典型滩涂区,分别对垦殖时间为0、3、6、17、30、60 a的沿海滩涂进行采样,对相应的土壤氮总转化速率指标进行实验测定。结果表明,滩涂垦殖后,表征氮素活化过程的指标,如总矿化率、总硝化率、净矿化率和净硝化率等有所增加,而有利于氮固持的铵态氮同化率指标无显著变化,硝态氮同化率指标变慢;围垦期限超过30 a后,各氮总转化速率指标渐趋稳定。相关性分析表明,净矿化率、总矿化率、铵态氮同化率、净硝化率、总硝化率与围垦年限呈显著正相关(p<0.01),相关性系数分别为0.966、0.929、0.819、0.800、0.798;硝态氮同化率与围垦年限呈显著负相关(p<0.01),相关性系数为-0.685;除铵态氮外,全氮、硝态氮、pH值、有机碳均与各氮总转化速率指标呈显著相关关系(p<0.01)。滩涂垦殖后土壤理化性质指标的改变带来土壤氮总转化速率的变化,一定程度上破坏了土壤氮生态系统平衡。     

Historical trends in the anthropogenic heavy metal levels in the tidal flat sediments of Lianyungang, China

The sedimentation of metals can preserve the historical record of contaminant input from local and regional sources and provide information on the historical changes in regional water and sediment quality. We report the ²¹⁰Pb activities and the heavy metal (Cd, Cr, Cu, Mn, Pb and Zn) depth profiles from sediment cores retrieved in 2010. The mean sedimentation rates of 0.85-1.5 cm/yr are determined by ²¹⁰Pb dating. The sediments in the tidal flat have recorded heavy metal deposition and thus allow the establishment of a connection between the temporal evolution of the heavy metal pollution and the historical changes in the economic development of Lianyungang. The enrichment factors (EF) are calculated to estimate the level of contamination stored in these sediments. The results show that in the studied sites, Cr and Cu display low EF values and are mainly from lithogenic origin. For the other studied trace metals, a great variability in the sedimentary record is observed. Significant anthropogenic enrichment over the last 50 years is revealed at the tidal flat that receives fluvial inputs. Zinc is the element with the highest EF values, followed by the order of Pb > Cd > Mn > Cu and Cr. The temporal variations of the heavy metals peak during the late 1980s to the early 2000s and show a decreasing trend afterward. The pollution intensity of the tidal flat is determined by using EF and the geo-accumulation index (I_geo), which show that, based on the I_geo scale, the tidal flat of Haizhou Bay is unpolluted to moderately polluted.     

UASB系统低 pH运行时对产氢性能的分析

采用升流式厌氧污泥床(UASB)作为反应装置,以红糖水为发酵底物,污水处理厂剩余污泥为反应的启动污泥,加入活性炭固定污泥成颗粒状,形成稳定的乙醇型发酵后,对生物制氢系统在低pH运行时的产氢性能进行了研究.结果表明,在进水COD浓度为4 000 mg·L-1、温度为(35±1)℃、水力停留时间(HRT)为8 h的条件下,投加NaHCO3将出水pH由稳定期的3.72分别提高至3.80、3.85、3.94、4.04,稳定时的产氢速率由5.5 L·d-1提高到约7.0、8.0、9.5、6.0 L·d-1,较稳定期分别提高了27.27%、45.45%、72.73%、9.09%.pH为3.94时,产气速率也达到最大值15.83 L·d-1,是稳定期产气量的1.75倍,产氢效率为58.05%,产气产氢效果最佳,突破了发酵法制氢pH的下限值4.0.     

南四湖内源氮磷释放的对比研究

采用柱状沉积物采样器和Peeper间隙水采集器分别于2011年8月获取南四湖不同湖区原位柱状沉积物和间隙水,通过原柱样静态释放实验及间隙水分子扩散模型对其氮磷释放规律进行了研究.结果表明,南四湖不同湖区夏季氮磷界面交换速率差异显著,静态释放实验沉积物NH4+-N和PO43--P的释放速率分别为3.1～10.3 mg·m-2· d-1和0.3～2.7mg·m-2· d-1,总体呈北高南低的趋势,南阳湖明显大于其他各湖区,这与其距离济宁市区较近,沉积物受污染较重有关.Peeper法与离心法分别获取不同湖区间隙水,利用分子扩散模型计算出NH4+-N和PO43--P的释放速率分别为3.69～4.51 mg·m--2·d-1、0.24 ～0.66 mg·m-2·d-1和2.54～4.16 mg·m-2·d-1、0.04～0.51 mg·m-2·d-1,同一采样点,Peeper法计算出释放速率比传统离心法高出约20％.通过静态释放实验获得的NH4+-N和PO43--P释放速率(R)在空间分布上与间隙水分子扩散模型计算出的结果相一致,但前者明显大于后者,将其进行比较,氮和磷的R/F值分别为0.84 ～2.64和2.03 ～13.79,表明原柱样静态模拟实验进行内源释放速率估算时,可能比分子扩散模型法计算的结果更接近于实际情况.     

皇甫川流域百里香光合和蒸腾作用日进程及影响因子分析

采用Li-6400光合系统测定仪,测定了皇甫川流域百里香(Thymus serpyllum)的光合速率和蒸腾速率日变化特征及生理生态因子对其的影响.结果表明:百里香的光合和蒸腾速率日进程曲线为双峰型,其光合“午休”现象是受到气孔因素限制.百里香光合和蒸腾速率主要受到气孔导度、胞间CO2浓度的影响.     

超低溶解氧条件下的EBPR系统除磷性能

实验采用两个交替厌氧/好氧(An/O)模式运行的SBR反应器,对不同溶解氧(DO)浓度梯度下EBPR系统除磷效果及工艺性能进行了为期127 d的研究.在未控制DO的对照组反应器R1中,好氧段DO≥6 mg·L~(-1),运行的前65 d内工艺除磷性能稳定,除磷率95.9%,出水总磷0.5 mg·L~(-1),但由于系统长期处于过曝气状态,65 d后除磷性能逐渐恶化,直至97 d后系统彻底失效,整个运行阶段(1~127 d)出水总磷一级A达标率为39.4%.对于实验组反应器R2,控制好氧段DO浓度分别为2、1、0.5、0.2、0.1 mg·L~(-1),各工况初期除磷性能均有小幅波动,但除磷率迅速回升,继而反应器达到稳定运行.统计发现,实验组反应器R2在整个运行阶段出水总磷一级A的达标率为94.6%,127 d内仅有6 d不达标,工艺性能远优于R1.DO=2 mg·L~(-1)系统的比吸磷速率接近最大值,而低DO条件对比吸磷速率影响较大.实验还发现,尽管由超低DO(0.1 mg·L~(-1))引起的有机物降解速率低导致系统发生污泥微膨胀,但出水总磷仍能100%达标排放,微好氧EBPR的节能除磷具有可行性.     

消毒副产物生成的温度影响和动力学模型

在水厂和供水管网中,加氯消毒副产物(DBPs)的生成浓度会随着季节转换和水温变化而出现明显波动.为了探究不同温度条件下DBP生成浓度的变化规律,本研究利用腐殖酸(HA)作为有机前体物进行加氯消毒,参照DBP统一生成条件(uniform formation condition,UFC),在不同水温下监测DBP[包括三卤甲烷(THM)和卤乙酸(HAA)]的生成浓度,并从动力学角度对该生成反应的机制做出分析,进而建立初步的浓度预测模型.结果表明,对于检测到的3种典型DBPs[三氯甲烷(CHCl3)、二氯乙酸(DCAA)和三氯乙酸(TCAA)],水温升高均能够明显提高其生成速率和最大生成浓度,其中后者随着温度的升高近似呈指数增长(R2>0.90).根据一级反应动力学模型对各组温度条件下的DBP实测值进行拟合,得到了较好的相关性(R2>0.94).为了进一步验证该动力学模型的准确性和可靠性,在20℃和30℃条件下分别采用该模型对DBP的实际生成浓度进行预测,并与实测值进行比较,均得到了良好的预测结果.为定量研究温度对DBP生成速率的影响规律,利用阿伦尼乌斯公式计算得到CHCl3、DCAA和TCAA的表观反应活化能分别为22.3、25.5和40.8 kJ.mol-1.     

生活垃圾填埋场黄土覆盖层的甲烷氧化能力现场测试和评估

采用静态箱和激光甲烷检测仪等设备开展了50组地表甲烷通量测试,分析了不同龄期垃圾堆体上部土质覆盖层的甲烷氧化能力,并修正了评估现场土质覆盖层甲烷氧化速率和甲烷氧化率的计算方法.结果表明:80%测试点的地表甲烷通量低于澳大利亚CFI(澳洲碳农业倡议)规定限值60g/(m²·d),导气竖井附近20m范围内存在甲烷通量超过CFI规定的排放热点.填埋龄期3～7a堆体的地表甲烷通量从1.13g/(m²·d)下降到0.53g/(m²·d),7～10a的地表甲烷通量基本保持稳定.甲烷氧化速率和覆盖层底部甲烷通量具有正相关性,现场测得的土质覆盖层最高甲烷氧化速率为63.30g/(m²·d),对应的底部甲烷通量为75.95g/(m²·d).每一龄期堆体上部黄土覆盖层的平均甲烷氧化率均超过90%.